一种模拟电网用金属材料大气腐蚀加速试验方法

摘要

本发明提供一种模拟电网设备金属材料大气腐蚀的加速试验方法，对电网设备金属材料及构件采用“周期浸泡‑交变湿热”模式，周期浸泡模式按照浸泡、干燥交替的顺序进行循环试验，浸泡溶液分别为模拟乡村环境、海洋环境、城市环境和工业环境四种，交变湿热模式按照高温高湿、高温低湿、低温高湿的顺序进行循环试验，通过模拟大气环境的干湿交替过程，控制温度、湿度、干湿变化时间，污染物种类与浓度等手段促进腐蚀过程，具有较好的模拟性、加速性、重现性。

说明书

技术领域

本发明涉及电网用金属材料腐蚀研究领域，具体涉及一种电网用金属材料大气腐蚀加速试验方法。

背景技术

随着经济的快速发展，电网建设规模日益扩大，特高压规划数量激增。据统计，90%以上的电网设备长期服役于自然环境中，电网设备不可避免遭受各种类型大气腐蚀。尽管大气腐蚀进程缓慢，但腐蚀属不可逆损伤，恶劣自然环境引起的腐蚀不断累积，造成设备服役性能水平下降，甚至失效，导致设备安全可靠性降低，给电网运行安全带来重大隐患。因而研究电网设备金属材料的大气腐蚀，进而对其进行监督并实现腐蚀防护具有重大意义。

目前电力行业开展的大气腐蚀研究有电网设备的腐蚀调研与评价、大气暴露试样挂片法、金属材料在线检测、实验室加速腐蚀试验等。然而，腐蚀调研仅能对现有电网设备服役环境和过去的腐蚀状态进行分类，直观判断腐蚀原因和防护方法，不能掌握腐蚀规律和腐蚀发展进程；在线检测法可实时掌握金属材料的腐蚀数据，要获得腐蚀失效数据或建立腐蚀失效模型仍需要大量腐蚀数据支撑；大气暴露试样挂片法则存在地域环境依赖性大的缺点，无法良好地在室内模拟典型的大气环境中腐蚀情况。实验室加速腐蚀试验是能够在短时间研究材料腐蚀行为的有效方法，研究表明，盐雾试验与大气暴露试验相关性较差，二者之间基本无关联性。此外，电网设备构件在服役过程中通常受应力、应变以及温升等因素的影响，平板试样与设备构件之间的腐蚀相关性并不明确，仅仅依靠平板试样的加速腐蚀结果，并不能准确判断现场服役设备构件的腐蚀规律。

发明内容

本发明目的是提供一种电网用金属材料大气腐蚀加速试验方法，模拟大气环境的干湿循环过程，通过控制温度、湿度、干湿变化时间来促进腐蚀过程，具有较好的模拟性和加速性。并通过研究输变电设备构件的加速腐蚀过程，建立平板试样与输变电设备构件之间的腐蚀相关性，提高了依据平板试样掌握判断设备构件腐蚀规律的准确性。能够利用各种参数的改变实现对不同大气环境的模拟，加快腐蚀速率。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种电网用金属材料大气腐蚀加速试验方法，包括步骤：

S01）试验试样的选型及预处理；

加速试验试样涵盖常见电网设备金属材料及相应结构件。试验材料主要针对碳钢、镀锌钢、铝合金及不锈钢。试样类型主要包括碳钢平板试样（Q355）；镀锌钢平板试样、拉伸试样与角钢装配件；铝合金材料牌号选择1050、6063，试样形式有铝合金平板试样、拉伸试样、接线板及导线；不锈钢材料材料牌号选择304，试样形式有不锈钢平板试样、拉伸试样。

对试样进行标号、清洗和称量，材料的牌号选择应依据实际工程所用牌号，清洗采用无水乙醇将试样表面擦洗两遍去掉油污，再用去离子水清洗，冷风吹干放置在干燥器中24h以上，称重是采用精度为0.1mg的天平测量平板试样原始重量；

S02）对试样采用“周期浸泡-交变湿热”模式，周期浸泡单次循环的周期为10-12小时，交变湿热单次循环的周期为12-14小时，能够模拟实际运行环境的昼夜交替行，充分再现了日间与夜间温度、湿度、污染物排放量差异；所述周期浸泡模式按照浸泡、干燥交替的顺序进行循环试验，浸泡溶液分别为模拟乡村环境、海洋环境、城市环境和工业环境四种；所述交变湿热模式按照高温高湿、高温低湿、低温高湿的顺序进行循环试验，可以保证腐蚀试样表面液膜长期存在，从而实现腐蚀加速效果；实验室加速腐蚀参数的合理设定，可使加速腐蚀试验中构件与实际服役环境接近，采取与实际大气环境相同的腐蚀损伤模式；

S03）每单次循环周期后将试样放入除锈液清洗腐蚀产物，进行一轮次参数记录与分析，例如计算腐蚀速率和腐蚀厚度减薄，再继续重复上述过程进行循环试验。

优选的，根据浸泡溶液组成的不同，可以代表不同的大气腐蚀环境，周浸溶液组成及其代表大气腐蚀环境如下表所示：

乡村环境的模拟浸泡溶液为蒸馏水，海洋环境的模拟浸泡溶液为3.5%NaCl+0.05%Na

优选的，浸泡时间与干燥时间通过典型大气环境谱中雾、露年平均作用时间与时间总量的比值进行确定，浸泡的溶液温度以典型大气环境谱中的年平均温度为依据，温度为20℃~75℃，浸泡时间7~10min，干燥温度结合年平均温度和构件实际运行温度综合考虑，干燥温度为25℃~70℃，干燥时间50~53min。

优选的，高温高湿为温度60℃、湿度97%，高温低湿为温度60℃、湿度50%，低温高湿为温度25℃、湿度97%。

优选的，周期浸泡模式还包括潮湿状态，以浸泡、潮湿、干燥的顺序进行循环。

优选的，交变湿热模式的循环中每个状态的持续时间为30分钟。

S03）对照标准《GB/T19292.1-2003 金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性分类》，衡量加速腐蚀试验的腐蚀性级别。

本发明的有益效果为：本发明选择了碳钢、热镀锌钢、不锈钢及铝合金导体及其相应设备部件，覆盖了常见电网用金属材料种类，针对性较强。

模拟了乡村、城市、工业、海洋四种典型大气环境的干湿循环过程，通过“周浸-交变湿热”模式重现了暴露在大气环境下的设备表面 “浸润-潮湿-干燥”状态变化，并利用控制温度、湿度、干湿变化时间、污染物种类与浓度等参数，实现了对不同大气环境的模拟，加快了试验腐蚀速率，具有较好大气腐蚀的模拟性、加速性、重现性，可实现常见电网设备金属材料及其构件在典型大气环境中腐蚀的室内模拟；

通过对比研究电网设备构件的加速腐蚀过程，可以建立电网设备部件与材料腐蚀的关联性，提高依据实验室内平板试样腐蚀数据判断自然环境下设备构件腐蚀规律的准确性。

本发明提供的一种模拟大气腐蚀加速试验方法，模拟工业及海洋大气加速试验的腐蚀性级别可达C4~C5级，具有较好的加速效果。

附图说明

图1为本发明实施例1的腐蚀失重趋势图；

图2为本发明实施例2的铁锌比趋势图；

图3为本发明实施例3的导通电阻趋势图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

选取Q355碳钢平板试样作为腐蚀试样选型，对其进行预处理，包括核对编号、初始厚度、称重，每种环境准备16个平板试样，5个拉伸试样。

对试样采用“周期浸泡-交变湿热”模式进行试验，周浸溶液组成为3.5%NaCl+0.05%Na

试验至48h、96h、240h、480h、960h时取样，每段时间结束，试样从装置中取出，尽可能彻底清洗试样以避免试样继续受到腐蚀。每个试验循环取出3个平板试样，取1个微观形貌分析后保存，另两个先用毛刷、手术刀取出腐蚀产物，装袋分析。之后按照标准清洗腐蚀产物，将腐蚀后的碳钢试样置于室温下的 500 mL HCl+3.5g 六次甲基四胺+1 L H

本实施例可用于碳钢在沿海大气环境下的腐蚀发展进程，腐蚀失重随时间的变化趋势如图1所示，可准确反应碳钢的腐蚀状态和腐蚀发展进程。

根据标准《GB/T19292.1-2003 金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性分类》可知，本实施例的腐蚀性级别为C4级。

实施例2

对镀锌钢平板试样与角钢装配件进行预处理，核对编号、初始厚度、镀锌层厚度、称重，每种环境准备19个平板试样、6个拉伸试样、6个角钢件。试验前需检测Fe/Zn比。

周浸溶液组成为0.1%NaCl+1%NaHSO3，以模拟工业大气腐蚀环境。浸泡温度为室温（25℃±2℃），干燥温度为45℃±2℃，相对湿度为50%。周浸时间为每天8：00—下午6：00共10个小时，按照“浸泡10min~干燥50min”顺序每1h循环一次。下午6：00—次日8：00，采用交变湿热模式，按照“温度25℃、湿度97%，30min→温度60℃、湿度97%，30min→温度60℃、湿度50%，30min”设定程序进行。

镀锌钢试验至48h、96h、240h、480h、960h、1200h、1500h时取样。每段时间结束，试样从装置中取出，尽可能彻底清洗试样以避免试样继续受到腐蚀。每个试验循环取出3个平板试样，取1个微观形貌分析后保存，另两个先检测Fe/Zn比，用毛刷、手术刀取出腐蚀产物，装袋分析。之后按照标准清洗腐蚀产物，250g氨基乙酸，加蒸馏水配制成1000mL溶液，70℃，2min-7min。称重、测厚度，计算腐蚀速率和腐蚀厚度减薄。取出1个固定平板试样进行宏观拍照分析，取样后继续参与腐蚀循环试验。每个循环取出1个角钢装配件观察腐蚀部位、拍照、清洗称重，计算腐蚀速率。

本实施例模拟了镀锌钢材料及角钢件的腐蚀发展。镀锌锌角钢构件与平板试样的Fe/Zn比变化规律在全试验周期内基本一致，如图2所示。较好地反应镀锌钢的腐蚀发展趋势。

上表所示为镀锌钢平板试样与角钢组合件的Fe/Zn检测值，建立角钢组合件与平板试样的关系，发现镀锌钢角钢件与平板试样的Fe/Zn值与具有强相关性性。对图2的两条曲线进行线性拟合，得到镀锌钢角钢件与平板试样的Fe/Zn值之间的拟合关系式为：y=1.0494x-0.0696，R

通过与户外镀锌钢铁塔表面铁锌比进行比对，加速1200h的腐蚀效果可达现场服役时间15年左右。

实施例3

选1050铝合金平板试样及接线板为腐蚀试样。核对编号、初始厚度、称重；每种环境准备19个平板试样、6个接线板。接线板需要拆下单独称重。需要测试试验前接线板的导通电阻。

周浸溶液组成为0.1%NaCl+1%NaHSO

铝合金试验至240h、480h、960h、1440h、1920h、2400h、2880h时取样。每段时间结束，试样从装置中取出，尽可能彻底清洗试样以避免试样继续受到腐蚀。每个试验循环取出3个平板试样，取1个进行腐蚀产物与微观形貌分析。2个试样按照标准清洗腐蚀产物，将腐蚀后的铝试样置于80℃下的50 mL H

本实施例模拟了铝合金材料及接线板在工业大气环境下的腐蚀发展，通过轮廓仪微观检测铝合金及部件腐蚀表面，发现表面粗糙度逐渐增大，点蚀伴随腐蚀的发展而逐渐发展，点蚀坑直径、点蚀坑深度等都在增大。铝接线板的导通电阻随着腐蚀时间的延长，也呈现逐渐增大趋势，如图3所示。因而用点蚀坑深可准确表征铝合金的腐蚀发展过程，点蚀与铝合金的服役性能（导通电阻）之间具有一定的相关性。本实施例的腐蚀性级别为C5级。

实施例4

选择304不锈钢平板试样为腐蚀试样，平板试样尺寸约为50mm×50mm×（1.79~1.90）mm。核对编号、初始厚度、称重；每种环境准备19个平板试样。

周浸溶液组成为3.5%NaCl+0.05%Na2SO4，以模拟海洋大气腐蚀环境。浸泡温度为室温（25℃±2℃），干燥温度为70℃±2℃，相对湿度为50%。周浸时间为每天8：00—下午6：00共10个小时，按照“浸泡10min~干燥50min”顺序每1h循环一次。下午6：00—次日8：00，采用高低湿循环模式，按照“温度25℃、湿度97%，30min→温度60℃、湿度97%，30min→温度60℃、湿度50%，30min”设定程序进行。

不锈钢试验至240h、480h、960h、1440h、1920h、2400h、2880h时取样。每段时间结束，试样从装置中取出，尽可能彻底清洗试样以避免试样继续受到腐蚀。每个试验循环取出3个平板试样，取1个进行腐蚀产物和微观形貌分析后保存，另两个按照标准清洗腐蚀产物，将腐蚀后的不锈钢试样置于60℃下的 100 mL HNO

本实施例模拟了不锈钢材质的腐蚀发展，采用轮廓仪微观检测不锈钢腐蚀表面，发现随着腐蚀时间的延长，点蚀坑的密度与直径逐渐扩大，导致表面粗糙度增大。而腐蚀失重呈现无规律变化。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。